第十章液压与气压伺服系统 伺服系统又称为随动系统或跟踪系统,是一种自动控制系统。 在这种系统中,执行元件能以一定的精度自动地按照输人信号的变 化规律动作。液压与气压伺服系统是由液压元件或气压元件组成的 伺服系统。 10.1概述 101.1伺服系统的工作原理和特点 图10.1是一种液压进口节流阀式节流调速回路。在这种回路中 调定节流阀的开口量后,液压缸就以某一调定速度运动。通过前述 章节分析可知,当负载、油温等参数发生变化时,这种回路将无法 保证原有的运动速度,因而其速度精度较低且不能满足精确的连续 无级调速要求
第十章 液压与气压伺服系统 伺服系统又称为随动系统或跟踪系统，是一种自动控制系统。 在这种系统中，执行元件能以一定的精度自动地按照输人信号的变 化规律动作。液压与气压伺服系统是由液压元件或气压元件组成的 伺服系统。 10.1 概 述 10.1.1 伺服系统的工作原理和特点 图10.1是一种液压进口节流阀式节流调速回路。在这种回路中， 调定节流阀的开口量后，液压缸就以某一调定速度运动。通过前述 章节分析可知，当负载、油温等参数发生变化时，这种回路将无法 保证原有的运动速度，因而其速度精度较低且不能满足精确的连续 无级调速要求
第十章液压与气压伺服系统 可以将节流阀的开口大小定 义为输入量,将液压缸的运动速 度定义为输出量或被调节量。在 上述回路中,当负载、油温等参 数的变化而引起输出量变化时, 4中Ⅺ 这个变化并不影响或改变输入量 这种输出量不影响输入量的控制 系统称为开环控制系统。开环控 制系统不能修正由于外界干扰(如 负载、油温等)变化而引起的输出 量或被调节量的变化,因此控制 精度较低。 图10-1液压进口节流阀式节流调速回路 1—液压泵;2—溢流阀;3—节流阀;4—换向阀; 5—液压缸
第十章 液压与气压伺服系统 可以将节流阀的开口大小定 义为输入量，将液压缸的运动速 度定义为输出量或被调节量。在 上述回路中，当负载、油温等参 数的变化而引起输出量变化时， 这个变化并不影响或改变输入量， 这种输出量不影响输入量的控制 系统称为开环控制系统。开环控 制系统不能修正由于外界干扰(如 负载、油温等)变化而引起的输出 量或被调节量的变化，因此控制 精度较低。 图10－1 液压进口节流 阀式节流调速回路 1—液压泵；2—溢流阀；3—节流阀；4—换向阀； 5—液压缸
第十章液压与气压伺服系统 为了提高这种回路的控制精度,可以设想节流阀由操作者来调节。 在调节过程中,操作者不断地观察液压缸的测速装置所测出的实际 速度,并比较这一实际速度与所希望的速度之间的差别。然后,操 作者按这一差别来调节节流阀的开口量,以减少这一差值(偏差)。例 如,由于负载增大而使液压缸的速度低于希望值时,操作者就相应 地加大节流阀的开口量,从而使液压缸的速度达到希望值。这一调 节过程可用图10.2表示 液压泵 希的速度]一人的判断一手的操作手切流液压缸 速度测量装置 图102液压缸速度调节过程图
第十章 液压与气压伺服系统 为了提高这种回路的控制精度，可以设想节流阀由操作者来调节。 在调节过程中，操作者不断地观察液压缸的测速装置所测出的实际 速度，并比较这一实际速度与所希望的速度之间的差别。然后，操 作者按这一差别来调节节流阀的开口量，以减少这一差值(偏差)。例 如，由于负载增大而使液压缸的速度低于希望值时，操作者就相应 地加大节流阀的开口量，从而使液压缸的速度达到希望值。这一调 节过程可用图10．2表示。 图10.2 液压缸速度调节过程图
第十章液压与气压伺服系统 由图102中可以看出,输出量液压缸速度)通过操作者的眼、 脑和手来影响输入量(节流阀的开口量),这种作用称为反馈。在实 际系统中,为了实现自动控制,必须以电器、机械等装置代替人来 判断比较,这就是反馈装置。由于反馈的存在,控制作用形成了 个闭合回路,这种带有反馈装置的控制系统,称为闭环控制系统。 图10.3为采用电液伺服阀控制的液压缸速度闭环控制系统。 这一系统不仅使液压缸速度能任意调节,而且在外界干扰很大(如 负载突变)的工况下,仍能使系统的实际输出速度与设定速度十分 接近,即具有很高的控制精度和很快的响应性能
第十章 液压与气压伺服系统 由图10.2中可以看出，输出量(液压缸速度)通过操作者的眼、 脑和手来影响输入量(节流阀的开口量)，这种作用称为反馈。在实 际系统中，为了实现自动控制，必须以电器、机械等装置代替人来 判断比较，这就是反馈装置。由于反馈的存在，控制作用形成了一 个闭合回路，这种带有反馈装置的控制系统，称为闭环控制系统。 图10.3为采用电液伺服阀控制的液压缸速度闭环控制系统。 这一系统不仅使液压缸速度能任意调节，而且在外界干扰很大(如 负载突变)的工况下，仍能使系统的实际输出速度与设定速度十分 接近，即具有很高的控制精度和很快的响应性能
第十章液压与气压伺服系统 图10.3阀控油缸闭环控制系统原理图 1一齿条;2一齿乾;3一测速发电机;4一给定电位计 5一放大器;6一电液伺服阀;7一液压缸
第十章 液压与气压伺服系统 图10.3 阀控油缸闭环控制系统原理图 1一齿条；2一齿乾；3一测速发电机；4一给定电位计； 5一放大器；6一电液伺服阀；7一液压缸
第十章液压与气压伺服系统 上述系统的工作原理如下:在某一稳定状态下,液压缸速度由测速装置测得齿条 1、齿轮2和测速发电机3)并转换为电压叫,。这一电压与给定电位计4输入的电压信 号ugo进行比较。其差u。=g-。值经积分放大器放大后,以电流功输入给电液伺 服阀6。电液伺服阀按输入电流的小和方向自动地调节其开口量的大小和移动方向,控 制输出油液的流量大小和方向。对应所输人的电流i,电液伺服阀的开口量稳定地维持 在z,伺服阀的输出流量为q,液压缸速度保持为恒值如果由于干扰的存在引起液 压缸速度增大,则测速装置的输出电压吵>,而使吣=u-w,放大器输出电流i 电液伺服阀开口量相应减小,使液压缸速度降低,直到v=吮时,调节过程结束。按照 同样原理,当输入给定信号电压连续变化时,液压缸速度也随之连续地按同样规律变化, 即输出自动跟踪输入
第十章 液压与气压伺服系统
第十章液压与气压伺服系统 通过分析上述伺服系统的工作原理,可以看出伺服系统的特 点如下: (1)它是反馈系统把输出量的一部分或全部按一定方式回送 到输入端,并和输入信号比较,这就是反馈作用。在上例中,反馈 电压和给定电压是异号的,即反馈信号不断地抵消输入信号,这就 是负反馈。自动控制系统中大多数反馈是负反馈。 (2)靠偏差工作要使执行元件输出一定的力和速度,伺服阀 必须有一定的开口量,因此输入和输出之间必须有偏差信号。执行 元件运动的结果又试图消除这个误差。但在伺服系统工作的任何时 刻都不能完全消除这一偏差,伺服系统正是依靠这一偏差信号进行 工作的 量是液压能源供给的。 (4)它是跟踪系统液压缸的输出量完全跟踪输入信号的变化
第十章 液压与气压伺服系统 通过分析上述伺服系统的工作原理，可以看出伺服系统的特 点如下： (1)它是反馈系统 把输出量的一部分或全部按一定方式回送 到输入端，并和输入信号比较，这就是反馈作用。在上例中，反馈 电压和给定电压是异号的，即反馈信号不断地抵消输入信号，这就 是负反馈。自动控制系统中大多数反馈是负反馈。 (2)靠偏差工作 要使执行元件输出一定的力和速度，伺服阀 必须有一定的开口量，因此输入和输出之间必须有偏差信号。执行 元件运动的结果又试图消除这个误差。但在伺服系统工作的任何时 刻都不能完全消除这一偏差，伺服系统正是依靠这一偏差信号进行 工作的。 量是液压能源供给的。 (4)它是跟踪系统 液压缸的输出量完全跟踪输入信号的变化
第十章液压与气压伺服系统 1012伺服系统职能方框图和系统的组成环节 图10.4是上述速度伺服控制系统的职能方框图。图中一个 方框表示一个元件,方框中的文字表明该元件的职能。带有箭头的 线段表示元件之间的相互作用,即系统中信号的传递方向。职能方 框图明确地表示了系统的组成元件、各元件的职能以及系统中各元 件的相互关系。因此,职能方框图是用来表示自动控制系统工作过 程的。 液压泵 于扰 控制信号 偏差信号 电位计②-放大器 电液 伺服阀 液压缸 负载门速度 反愤信号 测速装置 图10.4速度控制系统职能方框图
第十章 液压与气压伺服系统 10.1.2 伺服系统职能方框图和系统的组成环节 图10．4是上述速度伺服控制系统的职能方框图。图中一个 方框表示一个元件，方框中的文字表明该元件的职能。带有箭头的 线段表示元件之间的相互作用，即系统中信号的传递方向。职能方 框图明确地表示了系统的组成元件、各元件的职能以及系统中各元 件的相互关系。因此，职能方框图是用来表示自动控制系统工作过 程的。 图10.4 速度控制系统职能方框图
第十章液压与气压伺服系统 由职能方框图可以看出,上述速度伺服控制系统是由输入元 件、比较元件、放大及转换元件、执行元件、反馈元件和控制对 象组成的。实际上,任何一个伺服控制系统都是由这些元件组成 的,如图10.5所示 动力源 输入元件 母一世-一 对象 检测反馈元件 图10.5伺服控制系统的组成环节
第十章 液压与气压伺服系统 由职能方框图可以看出，上述速度伺服控制系统是由输入元 件、比较元件、放大及转换元件、执行元件、反馈元件和控制对 象组成的。实际上，任何一个伺服控制系统都是由这些元件组成 的，如图10．5所示 图10.5 伺服控制系统的组成环节
第十章液压与气压伺服系统 下面对图10.5中各元件做一些说明 (1)输入元件通过输入元件,给出必要的输入信号。如上例中由电 位计给出一定电压,作为系统的控制信号。 (2)检测、反馈元件它随时测量输出量的大小,井将其转换成相应 的反馈信号送回到比较元件。上例中是由测速发电机测得液压缸的运动 速度,并将其转换成相应的电压作为反馈信号 (3) 比较元件将输入信号和反馈信号进行比较,并将其差值作为放大转换 元件的输入。有时系统中不一定有单独的比较元件,而是由反馈元件、 输入元件或放大元件的一部分来实现比较的功能。 (4放大、转换元件将偏差信号放大并转换后,控制执行元件动作。 如上例中的电液伺服阀。 (5)执行元件直接带动控制对象动作的元件。如上例中的液压缸。 (6)控制对象机器直接工作的部分,如工作台、刀架等
第十章 液压与气压伺服系统 下面对图10．5中各元件做一些说明： (1)输入元件 通过输入元件，给出必要的输入信号。如上例中由电 位计给出一定电压，作为系统的控制信号。 (2)检测、反馈元件 它随时测量输出量的大小，井将其转换成相应 的反馈信号送回到比较元件。上例中是由测速发电机测得液压缸的运动 速度，并将其转换成相应的电压作为反馈信号。 (3) 比较元件 将输入信号和反馈信号进行比较，并将其差值作为放大转换 元件的输入。有时系统中不一定有单独的比较元件，而是由反馈元件、 输入元件或放大元件的一部分来实现比较的功能。 (4)放大、转换元件 将偏差信号放大并转换后，控制执行元件动作。 如上例中的电液伺服 阀。 (5)执行元件 直接带动控制对象动作的元件。如上例中的液压缸。 (6)控制对象 机器直接工作的部分，如工作台、刀架等